Auslegung von Schneckenförderern in der Praxis

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1 Auslegung von Schneckenförderern in der Praxis SCHÜTTGUT / SOLIDS VORTRAG Auslegung von Schneckenförderern in der Praxis 21. / 22. Mai 2014, Dortmund, Germany Dominik Aufderheide, M.Sc. DI MATTEO Group, Germany

2 Agenda 1 Über DI MATTEO 2 Einsatzgebiete von Schneckenförderern 3 Auslegung nach VDI Herausforderungen in der Praxis 5 Zusammenfassung

3 1. Über DI MATTEO Unternehmensgruppe Hauptzentrale mit Sitz in Beckum, Germany Familiengeführtes Unternehmen in zweiter Generation Über 180 Angestellte Mehr als m² Fabrikationsfläche an drei Standorten Alle Produkte zu 100 % Made in Germany Beckum Ilmenau Berlin Werk I Werk II Werk Ilmenau

4 1. Über DI MATTEO Chronik 1968 Gründung durch Orlando Di Matteo 1979 Übernahme der Fa. Bollmann 1991 Gründung der Niederlassung in Ilmenau, Thüringen 2005 Prof.Adalbert-Seifriz-Preis für innovative Forschung 2011 Auslieferung der 500-sten Zellenradschleuse IZS Übernahme der Fa. Nienkemper 1984 Erste Anlage zur Förderung von Abfällen 1998 Erste Installation einer modularen MULTIFUEL- Anlage 2010 Übernahme der Fa. K&B Business unit service & waste management 2011 Auszeichnung des neuen Dosiersystems WeighTUBE mit dem Innovationspreis

5 1. Über DI MATTEO Produkte und Portfolio Fördertechnik und -anlagen Fördertechnik and -anlagen o Bucket elevator GBW o Screw conveyor TSF o Apron conveyor FZF o Chain conveyor TKF o Surface feeder GFK o Belt conveyor MGF o Pipe conveyor RGF o Flexowell conveyor WKF o Injector rotary valve IZS o Injector conveyor LIF

6 1. Über DI MATTEO Produkte und Portfolio Fördertechnik und -anlagen Silo Technologien o Complete silo systems o Flow studies o Aerating systems LAK o Screw discharge systems Silo Technologien o Rotating screw RotaSCREW o PushFLOOR SBF o MovingFLOOR MOV o Loading-Unloading LUC o Rotating arm RotoEX

7 1. Über DI MATTEO Produkte und Portfolio Fördertechnik und -anlagen Prozesstechnik o Disc screen SSM o Magnetic separator MAS o Air separator AirSEP o Cooling / heating screws Silo Technologien o Mixing screws ScrewMIX o WeighTUBE RWS o Weighbelt GraviBELT o Weighing components Prozesstechnik o Sampling devices POB

8 1. Über DI MATTEO Produkte und Portfolio Fördertechnik und -anlagen Service o Consulting o Engineering o Supervision o Commissioning Silo Technologien o After-Sale Service Prozesstechnik

9 1. Über DI MATTEO Produkte und Portfolio Fördertechnik und -anlagen Fuels technoligies / Alternative Fuels AF Silo Technologien Service Prozesstechnik

11 2. Einsatzgebiete von Schneckenförderern Vergleich von verschiedenen Fördertechniken (Annahme: Schüttdichte 100 kg/m³) [m³/h] Belt conveyor Drag chain conveyor Screw conveyor Pneumatic conveying [m]

12 2. Einsatzgebiete von Schneckenförderern Beispiel komplexe Einzelmaschine auf Schneckenbasis: Gravimetrische Dosierung mit der innovativen und ausgezeichneten ODM-WeighTUBE WeighTUBE In order to simplify something reasonable, you have to have it fully understood only. ODM- WeighTUBE RWS500 ODM- WeighTUBE RWS400 Thomas Friedman, New York Times columnist and recipient of three Pulitzer Prizes

13 2. Einsatzgebiete von Schneckenförderern Gravimetrische Dosierung mit der innovativen und ausgezeichneten ODM-WeighTUBE WeighTUBE Agitator Drive Agitator Prehopper Metering section (WeighTUBE ) Screw (Metering section) Screw Drive Load cells Prehopper Screw (dosing section) Load cells WeighTUBE

14 m plant [kg] Massflow M [t/h] Speed of screw n [rpm] Weight tube m tube [kg] 2. Einsatzgebiete von Schneckenförderern Gravimetric Adaptive System - Control System for ODM-WeighTUBE - ODM- WeighTUBE Time [s] Massflow setpoint [kg/h] + - Actual massflow [kg/h] Online Calibration Procedure Continuous Dosing Controller Desired screw speed [rpm] Tube weight [kg] Time [s] Actual Massflow M actual Desired Massflow M set Time [s] 300 Samples m plant [kg] Approximate linear function m=f(t) by limit setting Ideal linear function derived from setpoint Actual screw speed [rpm] 250 Process Observer t [s] Chart 18

15 m plant [kg] 2. Einsatzgebiete von Schneckenförderern Gravimetric Adaptive System - Control System for ODM-WeighTUBE - Online Kalibrierroutine Ständige und automatische Anpassung an Materialeigenschaftsschwankungen ohne den Prozess zu unterbrechen! Phase I Filling of intermediate buffer hopper Phase II Emptying buffer hopper Samples m plant [kg] for complete calibration phase Phase III Reaching normal setpoint No calibration active t [s] Chart 19

17 3. Auslegung nach VDI 2330 Übersicht über die VDI Richtlinie Blatt 1 Allgemeine Beschreibung Blatt 2 Horizontale und leicht geneigte Schneckenförderer VDI 2330 Blatt 3 Vertikale Schneckenförderer Blatt 4 Stark geneigte Schneckenförderer ENTWURF

18 3. Auslegung nach VDI 2330 Bewegung von Schüttgütern in unterschiedlichen Bereichen nach Böttcher VDI2330:3 VDI2330:4 VDI2330:2

19 3. Auslegung nach VDI 2330 Generelle Vorgehensweise am Beispiel der VDI Bestimmung des Volumenstromes Bestimmung der Geometrie und Betriebsparameter Auswahl der Baugröße Vorauswahl der Schneckendrehzahl Füllungsgrades Überprüfung der Fördergeschwindigkeit Leistungsbedarfs zur Förderung Leistungsbedarfs Leistungsbeiwertes

20 3. Auslegung nach VDI 2330 Generelle Vorgehensweise am Beispiel der VDI Bestimmung des Volumenstromes Bestimmung der Geometrie und Betriebsparameter Massenstrom: I m [kg/s] Schüttdichte des Schüttgutes: ρ [kg/m³] Auswahl der Baugröße Volumenstrom: I v = I m ρ Vorauswahl der Schneckendrehzahl Füllungsgrades Überprüfung der Fördergeschwindigkeit Leistungsbedarfs zur Förderung Leistungsbedarfs Leistungsbeiwertes

21 3. Auslegung nach VDI 2330 Generelle Vorgehensweise am Beispiel der VDI Bestimmung des Volumenstromes Bestimmung der Geometrie und Betriebsparameter Massenstrom: I m [kg/s] Schüttdichte des Schüttgutes: ρ [kg/m³] Auswahl der Baugröße Volumenstrom: I v = I m ρ Vorauswahl der Schneckendrehzahl Füllungsgrades Verhältnis von Schneckensteigung zu Schneckendurchmesser : Leistungsbedarfs S zur Förderung = 0,5 Berechnung 1.0 des D Leistungsbedarfs Überprüfung der Fördergeschwindigkeit Leistungsbeiwertes DIN

22 3. Auslegung nach VDI 2330 Generelle Vorgehensweise am Beispiel der VDI Bestimmung der Geometrie und Betriebsparameter Bestimmung des Volumenstromes Iterativer Process (Trial & Error) Auswahl der Baugröße Vorauswahl der Schneckendrehzahl Füllungsgrades Überprüfung der Fördergeschwindigkeit Leistungsbedarfs zur Förderung Leistungsbedarfs Leistungsbeiwertes

23 3. Auslegung nach VDI 2330 Generelle Vorgehensweise am Beispiel der VDI Füllungsgrad: Bestimmung des Volumenstromes φ = Bestimmung der Geometrie und Betriebsparameter A 0 + A 2 o + 16 A 7 + A 10 β A 11 I v π D 2 d 2 S n 2 A 7 + A 10 β A 11 Auswahl der Baugröße Vorauswahl der Schneckendrehzahl Füllungsgrades Überprüfung der Fördergeschwindigkeit A 0 = A 1 + A 2 β A 3 A 4 n A 5 + A 6 D +A 8 n A 5 β A 11 A 9 D β A 11 mit Leistungsbedarfs zur Förderung Leistungsbedarfs Leistungsbeiwertes Die Parameter A i wurden anhand einer Regressionsanalyse auf Basis von experimentell ermittelten Datensätzen definiert.

24 3. Auslegung nach VDI 2330 Exkurs: Regressionsanalyse Versuche wurden mit gut fliessenden Schüttgütern durchgeführt! Beschreibung des Geschwindigkeitsbeiwertes als Funktion der Schneckengeometrie und der Drehzahl auf Basis eines Regressionsmodelles Keine Garantie der alg. Gültigkeit!

25 3. Auslegung nach VDI 2330 Exkurs: Regressionsanalyse ζ = v ax S n Versuche wurden mit gut fliessenden Schüttgütern durchgeführt! Beschreibung des Geschwindigkeitsbeiwertes als Funktion der Schneckengeometrie und der Drehzahl auf Basis eines Regressionsmodelles Keine Garantie der alg. Gültigkeit!

26 3. Auslegung nach VDI 2330 Generelle Vorgehensweise am Beispiel der VDI Fördergeschwindigkeit: Bestimmung der Geometrie und Betriebsparameter Bestimmung des Volumenstromes v ax = S n A 0 + A 7 + A 10 β A 11 φ Es soll gelten: v ax < 2,4 m s Auswahl der Baugröße Vorauswahl der Schneckendrehzahl Füllungsgrades Überprüfung der Fördergeschwindigkeit Leistungsbedarfs zur Förderung Leistungsbedarfs Leistungsbeiwertes

27 3. Auslegung nach VDI 2330 Generelle Vorgehensweise am Beispiel der VDI Bestimmung der Geometrie und Betriebsparameter Bestimmung des Volumenstromes Iterativer Process (Trial & Error) Auswahl der Baugröße Vorauswahl der Schneckendrehzahl Füllungsgrades Überprüfung der Fördergeschwindigkeit Leistungsbedarfs zur Förderung Leistungsbedarfs Leistungsbeiwertes

28 3. Auslegung nach VDI 2330 Generelle Vorgehensweise am Beispiel der VDI Leistungsbedarf: Bestimmung der Geometrie und Betriebsparameter Bestimmung des Volumenstromes P F = R Reib + R Hub = I v ρ g λ D L + H S λ (Leistungsbeiwert) ergibt sich wieder aus einem Regressionsmodell. Auswahl der Baugröße Vorauswahl der Schneckendrehzahl Keine Garantie der alg. Gültigkeit! Füllungsgrades Überprüfung der Fördergeschwindigkeit Leistungsbedarfs zur Förderung Leistungsbedarfs Leistungsbeiwertes

30 4. Herausforderungen in der Praxis Methodik zur experimentellen Untersuchung der Zeitverfestigungs- und Kompressibilitätseigenschaften Thermal Chemical Physical

31 4. Herausforderungen in der Praxis Richtlinien nur in sehr begrenztem Umfang anwendbar WeighTUBE Dosierschnecke Abzugschnecke Förderschnecke

33 5. Zusammenfassung VDI 2330 Ein richtiger Schritt hin zu einer analytischen und systematischen Vorgehensweise zur Schneckendimensionierung und Auslegung It is not only important to do the right things, but especially to do the things right. Die Praxis zeigt, dass Erfahrungswerte beim Umgang mit bestimmten Schüttgütern häufig einen immensen Einfluss auf eine effiziente Schneckenauslegung haben, so dass die Anwendung der Richtlinie nur der erste Schritt in einer ganzheitlichen Herangehensweise darstellt. Genaue Kenntnis über Schüttguteigenschaften und Erfahrung mit dessen Umgang unerlässlich für robuste und verlässliche Anlagen.

34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! SCHÜTTGUT / SOLIDS VORTRAG Auslegung von Schneckenförderern in der Praxis 21. / 22. Mai 2014, Dortmund, Germany Dominik Aufderheide, M.Sc. DI MATTEO Group, Germany